專利名稱：：空分多址系統基于有限反饋限制的方法及裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種無線傳輸
技術領域：
的正交波束成形方法和裝置，具體是一種空分多址系統基于有限反御蹄啲方法及裝置。
背景技術：
：MIMO技術作為下一代移動通信(4G)系統的核心技術，能夠有效地提高分集增益、增加系統容量，滿足用戶的高速數據傳輸基本要求。在移動通信系統中，必須滿足同時為多個用戶提供服務，對于MIMO下行系統，即廣播信道情況，為了提高復用增益，使系統容量與基站發射天線數呈線性關系，可以采用空分多址(SDMA)方式，該方式已被IEEE802.16e標準采納，同時也向3GPP長期演進標準進行了提交。為了有效對抗多用戶之間的干擾，目前理論上已證明基于干擾預消除的臟紙編碼(DPC)技術是最優的一種方法，但是這種方法需要連續編碼和解碼，計算復雜度較大，不易于在實際系統中實現。作為次優方式的波束成形技術，在能滿足同時為多用戶提供服務的前提下，針對無線信道的衰落特性，以加權的方式使得發送信號，能夠有效地克服信道對信號的衰落，而復雜度可低于臟紙編碼(DPC)方式。對移動通信系統而言，合理的發送方式結合有效的調度模式，才能更好地利用系統資源，SDMA方式結合多用戶調度，可以充分利用多用戶分集增益。對于波束成形和用戶調度算法的實現，都充分依賴于基站獲知的信道狀態信息(CSI)，而實際系統中要想獲得完全信道狀態信息是不現實的，因此，在SDMA系統中如何有效地將信道狀態信息反饋給基站，如何利用有限比特，有效地表征信道狀態信息，是當前學術界和產業界所關注的問題。經對現有技術的文獻檢索發現，基于部分信道狀態信息的SDMA方式中，KaibingHuang等在《IEEETransactionsonSignalProcessing))(信號處理)2007年第7期上發表的"SDMAwithasumfeedbackrateconstraint"(反饋速率限制下的空分多址接入)，該文中提出基于正交波束成形的SDMA技術一單一基礎流用戶和速率控制(PU2RC)，具體方法為多用戶波束成形矢量從具有多個正交波束成形矢量集的碼本中選取，用戶的矢量量化誤差低于誤差閾值，信道增益高于增益閾值才反饋信道狀態信息，從而控制了反饋用戶數，其不足在于矢量量化誤差閾值的設置根據的是矢量量化誤差分布的不完全公式，不能精確控制反饋速率。
發明內容本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種空分多址系統基于有限反饋限制的方法及裝置，使其在能夠精確的控制系統總的反饋速率。本發明性能穩健，且易于實現。本發明是通過以下技術方案實現的本發明所涉及的一種空分多址系統基于精確有限反饋限制的方法，包括如下步驟步驟一，根據系統碼本中碼本子集數，發射天線數，得到矢量量化誤差分布函數；步驟二，根據系統支持的總反饋比特數，用戶總數，發射天線數，矢量量化誤差分布函數設置相應的矢量量化誤差閾值、信道增益閾值；步驟三，對用戶的信道方向信息和信道質量信息進行量化，記錄信道方向信息的矢量量化誤差；步驟四，反饋用戶選擇，矢量量化誤差小于量化誤差閾值、信道質量信息高于信道增益閾值的用戶反饋信道狀態信息。所述步驟一，具體實現如下設系統碼本中碼本子集數iV,，發射天線數iV,，矢量量化誤差f的分布函數為《(￡,^)=1—尸￡("7V,)=1—(尸￡(￡2f)f'=1—(1_其中&(v)是單碼本子集量化內積，即碼本中只含有一組正交碼字情況下量化內積^=1-^的累積分布函數，當l^v〈丄,^/eN時尸樸ix,(—i)'(i-,v廣1,=0所述步驟二，具體實現如下設系統支持的總反饋比特數/，用戶總數《，發射天線數iV,，信道增益量化級別數z，矢量量化誤差分布函數《(s，iv,)設置相應的矢量量化誤差閾值7;、信道增益閾值7;，貝ij:7:=1—K;rp=ln(尺)-;iln(ln("),;i>0__豐-1)!《log2(A^iV義)f/w廣Wp丄、其中義的最優解通過數值方法得到，本發明取為0.5。步驟三中，所述的信道方向信息量化，按照量化誤差最小準則，用隨機正交碼本量化用戶的信道矢量。具體實現如下-采用最近準則用碼本集合F量化信道h，F包括乂碼本子集V("),其中V(")包含乂個相互正交的碼字V,(")，/=1,..,W,，F=U^V(")，使量化誤差最小，ii=argmin￡)(w，ii)，其中^=11/||11||，D(V，h)=1-|hw|2，s=l-1《。步驟四中，所述的反饋用戶選擇，使用的矢量量化誤差閾值和信道增益閾值采用的是步驟二得到的閾值。反饋用戶集合&滿足叫i""ld，llh『^7;基于上述方法，本發明涉及的空分多址系統基于有限反饋限帝啲方法的接收端裝置和與其配合的發送端裝置所述的空分多址系統基于有限反饋限制的接收端裝置包括信道狀態信息獲取單元，獲取信道狀態信息；信道方向信息量化單元，根據最小量化誤差準則，將信道方向信息量化為碼本集合中的一個碼字，獲取該碼字對應的序號；序號；反饋用戶選擇單元，將用戶的矢量量化誤差，信道增益分別與對應的閾值比較，只有矢量量化誤差小于量化誤差閾值，信道增益高于信道增益閾值的用戶才反饋信道狀態信息；以及反饋信息合成單元，將所獲得的一系列碼本矢量序號信息和信道增益量化級序號信息反饋到發射端。所述的空分多址系統基于有限反饋限制的發送端裝置，包括反饋信息處理單元，接收合成的反饋信息，提取信道方向信息和信道質量信息;用戶選擇單元，基于最大化系統容量準則，利用信道狀態信息選取量化信道相互正交的Nt個用戶作為服務對象；波束成形單元，根據信道方向信息，為被選中的用戶分配波束成形矢量，再將待發信息用波束成形矢量進行加權合成。本發明方法上述步驟通過發射端裝置和接收端裝置的配合完成。發射端裝置包括反饋信息處理單元、用戶選擇單元和波束成形單元。接收端接收到發射端的信息后，完成信道狀態信息的獲取、信道方向信息量化、信道質量信息量化單元、反饋用戶選擇、反饋信息合成等一系列任務，接收端將反饋信息發射出去；發射端裝置接收到反饋信息后，完成反饋信息處理、用戶選擇和波束成形等任務，并使用提取出的預編碼矢量對準備傳送的數據進行預編碼，最終形成可發射的信息。本發明SDMA系統，基于矢量量化誤差分布閉式解設置反饋閾值，優化了反饋速率的控制，相對于以往采用不完全矢量量化誤差分布函數的方案，本發明更好地控制了反饋的用戶數，從而可以精確控制上行反饋信道的速率。本發明又具有更好的靈活性，很適合在實際系統中的應用，可為第三代(3G)、超三代(B3G)、第四代(4G)蜂窩移動通信和數字電視、無線局域網、無線廣域網等系統的波束成形方案，提供重要的理論依據和具體的實現方法。圖1是SDMA系統原理圖。圖2是實際系統裝置示意圖。圖3是正交碼本集合數=1時量化誤差值的概率密度曲線。圖4是正交碼本集合數iVs=1時信號一干擾比(SINR)的概率密度曲線。圖5是不同用戶數情況下，禾U用本發明提出反饋限制得到的反饋用戶數曲線。具體實施例方式下面結合附圖X寸本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案的前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例實施步驟首先根據系統碼本中碼本子集數，發射天線數，得到矢量量化誤差分布函數；其次，根據系統支持的總反饋比特數，用戶總數，發射天線數，信道增益量化級，矢量量化誤差分布函數設置相應的矢量量化誤差閾值、信道增益閾值；之后，通過比較矢量量化誤差、信道增益與相應的閾值，實現反饋用戶的控制。以下給出本實施例詳細實施的描述。(1)SDMA系統的構造帶有發射波束成形和接收檢測的SDMA系統的構造如圖1所示，本實施例采用基站發射天線數為4，用戶接收天線為1的帶有發射波束成形和接收檢測的SDMA系統。信道狀態信息在接收端由接收檢測單元獲取，本實施例不涉及具體的獲取方式。信道量化單元，包括獲取信道狀態信息和反饋信息控制，利用信道狀態信息進行碼本搜索，最終形成反饋信息。發射端依據反饋信息搜索預編碼向量，完成對用戶的選擇和發射信號的波束成形。為了全面測試本發明對系統容量性能的影響，采用多徑Rayleigh信道模型。多徑Rayleigh信道模型的信道多徑數目為3，其歸一化功率、延時參數為[11/exp(1)1/exp(2)]，其中exp(a)代表以自然對數為底數的a次冪。(2)實際系統裝置配置實際系統裝置示意圖如圖2所示。接收端用戶Us包括信道狀態信息獲取單元CSIU，信道狀態信息量化單元CSIQU，包含信道方向信息量化單元CDIQU和信道方向信息量化單元CQIQU，以及反饋信息合成單元FBIU;發射端基站B包括用戶選擇單元USU和波束成形單元BFU。用戶Us接收到基站B發射的信息FWI后，完成信道狀態信息的獲取、信道量化、反饋判決、反饋信息合成等一系列任務，將反饋信息FBI發射出去；基站B接收到反饋信息FBI后，完成反饋信息處理、用戶選擇、波束成形矢量提取等任務，并使用提取出的波束成形矢量對準備傳送的數據進行加權合并，最終形成可發射的信息FWI。實例驗證l:本實例驗證生量化誤差值的分布函數的準確性，以7^=1，7V,=4為例，碼本為碼字l碼字2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>結果如圖3所示可以發現本發明給出的閉式解(Theo)與實際仿真情況(Sim)十分吻合，而與KaibingHuang文獻中提出的量化誤差小于0.5的情況([l])相吻合。相比較不考慮碼字之間正交性的近似分析情況(Approx)，量化誤差小的概率較高，即近似分析情況夸大了量化誤差，因此，本發明給出的量化誤差分布閉式解精確地分析了量化誤差的實際分布。實例驗證2:本實例驗證生量化誤差值的分布函數推得SINR分布函數的準確性/e(力(A以AT,-l，iV,=4，單個用戶的SNR為10dB為例，碼本為:碼字l碼字2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>0.442423588921348-0,006647731353944i~0.638417527615785+0.015182267049285i-0.016406933555963+0.13780U90246844i_0.005926058825397+0.603728921593128i-0.533875185981670+0.577922789522371i0.046799529209739+0.191023753968684i-0.405528389022274-0.038575652585040i-0.246690119587553-0.357956065240314i結果如圖4所示，本發明給出的閉式解(Theo)與實際仿真情況(Sim)十分吻合，而不考慮碼字之間正交性的近似分析情況(Approx)，SINR小的概率較高，這是因為近似分析情況夸大了量化誤差，因此本發明給出的S頂R分布閉式解精確地分析了SINR的實際分布。實例驗證3:本實例驗證實際的反饋限制精度，正交碼本子集合數^=16，^,=4信道增益量化級￡=4，用戶數K從50到500，總反饋比特數/=120，則最大反饋的用戶數為^~~^=15，實際反饋用戶數如圖5所示，可以發現在不同log2用戶數下都能很好地實現反饋的限制。上述實施例的適應性上述是針對不同用戶數瞎況下的實施，結果表明，上述實施例生成的正交碼本^X寸不同規模的系統都具有適應性。權利要求1、一種空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，根據系統碼本中碼本子集數，發射天線數，得到矢量量化誤差分布函數；步驟二，根據系統支持的總反饋比特數，用戶總數，發射天線數，矢量量化誤差分布函數設置相應的矢量量化誤差閾值、信道增益閾值；步驟三，對用戶的信道方向信息和信道質量信息進行量化，記錄信道方向信息的矢量量化誤差；步驟四，反饋用戶選擇，矢量量化誤差小于量化誤差閾值、信道質量信息高于信道增益閾值的用戶反饋信道狀態信息。2、如權利要求1所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，所述步驟一，具體實現如下設系統碼本中碼本子集數況，發射天線數7V,，矢量量化誤差f的分布函數為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中F,(v)是單碼本子集量化內積，即碼本中只含有一組正交碼字情況下量化內積"l-s的累積分布函數，當1《K丄,rfeN時<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>3、如權利要求1所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，所述步驟二，具體實現如下設系統支持的總反饋比特數i，用戶總數《，發射天線數7V,，信道增益量化級丄，矢量量化誤差分布函數《(s，A^設置相應的矢量量化誤差閾值7;、信道增益閾值；，貝u:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中A的最優解通過數值方法得到。4、如權利要求3所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，所述/l值取為0.5。5、如權利要求1所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，步驟三中，所述的信道方向信息量化，按照量化誤差最小準則，用隨機正交碼本量化用戶的信道矢量。6、如權利要求1所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，步驟三中，采用最近準則用碼本集合F量化信道h,F包括K碼本子集VW，其中VW包含W,個相互正交的碼字V/"),/=1,…,W,，F=U么V(n)，使量化誤差最小，ii=argmiji￡)(w，H)，其中"h/!hl1，。(V,h)=卜lhw「，f=l—1《。7、如權利要求1所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，步驟四中，所述的反饋用戶選擇，使用的矢量量化誤差閾值和信道增益閾值采用的是步驟二得到的閾值。8、如權利要求7所述的空分多址系統基于有限反饋限制的方法，其特征是，步驟四中，反饋用戶集合《滿足其中用戶總數[，矢量量化誤差閾值7;、信道增益閾值7;，信道h。9、一種空分多址系統基于有限反饋限制的接收端裝置，其特征在于，包括信道狀態信息獲取單元，獲取信道狀態信息；信道方向信息量化單元，根據最小量化誤差準則將信道方向信息量化為碼本集合中的一個碼字，獲取該碼字對應的序號；信道質量信息量化單元，將信道增益量化為設定的量化級，獲得相應量化級的序號；反饋用戶選擇單元，將用戶的矢量量化誤差，信道增益分別與對應的閾值比較，只有矢量量化誤差小于量化誤差閾值，信道增益高于信道增益閾值的用戶才反饋信道狀態信息；以及反饋信息合成單元，將所獲得的一系列碼本矢量序號信息和信道增益量化級序號信息反饋到發射端。10、一種空分多址系統基于有限反饋限制的發送端裝置，其特征在于，包括反饋信息處理單元，接收合成的反饋信息，提取信道方向信息和信道質里<曰息；用戶選擇單元，基于最大化系統容量準則，利用信道信息選取量化信道相互正交的N個用戶作為服務對象；波束成形單元，根據信道方向信息，為被選中的用戶分配波束成形矢量，再將待發信息用波束成形矢量進行加權合成。全文摘要一種空分多址系統基于有限反饋限制的方法及裝置，用于無線傳輸
技術領域：
。步驟為一，根據系統碼本中碼本子集數，發射天線數，得到矢量量化誤差分布函數；二，根據系統支持的總反饋比特數，用戶總數，發射天線數，矢量量化誤差分布函數設置相應的矢量量化誤差閾值、信道增益閾值；三，對用戶的信道方向信息和信道質量信息進行量化，記錄信道方向信息的矢量量化誤差；四，反饋矢量量化誤差小于閾值、信道質量信息高于信道增益閾值用戶的信道狀態信息。所述裝置包括接收端裝置以及與其配合的發射端裝置。本發明在提高了反饋速率控制的精度，性能穩健，易于實現。文檔編號H04B7/02GK101415229SQ20081020302公開日2009年4月22日申請日期2008年11月20日優先權日2008年11月20日發明者樂嘉婧,靜張,李俊飛,羅漢文,磊陳申請人:上海交通大學